گونه‌های اصلی طراحی پل از نظر پارامترهای طراحی و قابلیت اجرا

فرم پل‌های عابر پیاده تنوع زیادی دارد، از پل‌های تیرچه‌ای با سیستم بارهای خمشی گرفته تا پل‌های خرپایی با تیر و همچنین ساختارهایی متشکل از عناصر کششی و متراکم مانند پل‌های قوسی و طنابی. گونه‌های اصلی در طراحی پل از نظر پارامترهای طراحی و قابلیت اجرا شامل موارد زیر است:

طراحی پل با ساختار تیر و دال

یک پل با ساختار تیر و دال ساده‌ترین و قدیمی‌ترین نوع پل‌های عابر پیاده است. طول دهانه‌ در اولین پل‌ها بر اساس محدودیت‌های موجود در مصالح تعیین می‌شد. طراحی پل هایی با دهانه‌های بزرگ‌‌تر تنها پس از معرفی اجزای پشتیبان عملکردی اساسی در پل‌های خرپایی، معلق یا قوسی شکل امکان‌پذیر شد. تیر و دال در واقع عناصر پشتیبان ثانویه محسوب می‌شدند. توسعه مقاطع فولادی و تقویت شده‌ی جدید و بتن از پیش تنیده بدین معنا بود که از قرن ۱۸ پل‌های کارآمدتری با ساختار تیر می‌توانستند ساخته شوند. این مصالح جدید ساخت پل‌هایی با دهانه‌های طولانی‌تر را از نظر اقتصادی امکان‌پذیر کرد. مهندسان مشهور قرن نوزدهمی مانند Robert Maillart ،Eugène Freysinnet ، François Hennebique و بعدا Ulrich Finsterwalder و Fritz Leonhardt نقش تعیین‌کننده‌ای در توسعه و طراحی پل با ساختار تیر و دال داشتند.

• عملکرد

عناصر پشتیبان در یک پل با ساختار تیر می‌تواند از ترکیب یک تیر آهن تک دهنه یا چند دهنه، یک تیر پیوسته یا یک تیر کنسول ساخته شوند. تیرهای تک دهنه‌ای که با انعطاف‌پذیری نصب شده‌اند در واقع ساده‌ترین نوع پل‌های ستون‌دار هستند. طراحی آن‌ها ساده بوده، دارای ایستایی معین هستند و امکان ساخت به صورت قطعات پیش‌ساخته باکیفیت و مونتاژ در آن‌ها وجود دارد. وزن خود ستون و بار ترافیکی روی آن باعث ایجاد فشار متراکمی به قسمت بالا و فشار کششی در قسمت زیرین می‌شود.

• مقطع

مقاطع عرضی موجود برای پل‌های ستون‌دار متنوع بوده و از فولاد و بتن مسلح از پیش تنیده، مقاطع فولادی (فولاد خالص) و چوب تا مقاطعی متشکل از ترکیبات مختلف بتن و فولاد یا چوب و بتن را شامل می‌شود. نیروهای کششی به طور قابل ملاحظه‌ای در مقاطعی از جنس بتن از پیش‌تنیده شده، به دلیل وجود وترهای از پیش‌تنیده سهمی‌وار کاهش می‌یابند، بنابراین نسبت‌های کمی چون نسبت‌های 1:35و 1:40قابل دسترس هستند. در ساخت‌و‌سازهاس فولادی، مقاطع قوطی‌وار ساخته‌شده از ورق فلز که به هم جوش داده شده‌اند بسیار کارآمدند. آن‌ها در وزن‌های کم نیز بسیار سخت بوده و مقاومت بالایی دارند و ساخت دهانه‌هایی تا عرض ۱۰۰ متر را نیز امکان‌پذیر می‌کنند. گرچه باید توجه داشت که عمق ساختار بایستی در آن‌ها از 2.20 متر تا 2.80 متر باشد که این یک نقص برای آن‌‌ها به شمار می‌رود.

• تحمل بار

نقاط ثابت روی اتصالات یا تکیه‌گاه‌ها بارهای افقی پل را منتقل می‌کنند. نقطه‌ی ثابت در توسعه‌ی افقی در حالت ایستا باقی می‌ماند، در حالی که سایر نقاط در طول یک خط فرضی بین نقاط ثابت و نقاط مورد نظر حرکت می‌کنند. این امر به ویژه بایستی در ترازبندی ستون‌ها در طرح‌های منحنی شکل لحاظ شود. این نقاط ثابت معمولا در مکان‌هایی که نیروهای افقی می‌‌توانند به طور مؤثری  منتقل شوند، معمولا در تکیه‌گاه‌ها، نقاطی که نیروهای عمودی زیادی نیز وجود دارد، نصب می‌شوند.

پل‌های بدون نگهدارنده را نیز پل‌های یکپارچه می‌نامند، و بین پل‌های یکپارچه و نیمه یکپارچه تمایزی وجود دارد. پل‌های یکپارچه به طول کلی فاقد تکیه‌گاه هستند، در حالی که بخشی از ساختار اصلی یک پل نیمه یکپارچه با تکیه‌گاه و بخشی دیگر بدون تکیه‌گاه به ساختار فرعی اتصال پیدا می‌کند. تکیه‌گاه‌ها و اتصالات پل‌های یکپارچه و نیمه یکپارچه فرسوده می‌شوند و باید به طور مرتب مورد بازرسی، نگهداری و تعویض قرار گیرند. بنابراین بهتر است که در صورت امکان تعداد تکیه‌گاه‌ها را کاهش داد تا هزینه‌های نگهداری پایین‌تر آمده و بتوان ساختارها را مقاوم‌تر کرد.

پل‌های خرپایی (Truss bridges)

در ادامه به بررسی دقیق و موشکافانه طراحی پل های خرپایی خواهیم پرداخت:

• تاریخچه

سیستم خرپا برای اولین بار توسط لئوناردو داوینچی و آندره‌آ پالادیو در قرن‌های ۱۵ و ۱۶ میلادی طراحی شد، اما اصطلاح پل خرپایی برای اولین بار در قرن هجدهم میلادی به وجود آمد. در آن زمان اولین پل‌های خرپایی از جنس چوب بودند. پل‌های خرپایی مشبک، با توفال‌های متقاطع که بخش‌های افقی بالا و پایین پل را به یکدیگر متصل می‌کند، برای اولین بار در اوایل قرن نوزدهم در آمریکا ساخته شد. در سال‌های بعد این سیستم به وسیله پروفیل‌های چدنی ارتقاء پیدا کرد. یکی از نمونه‌های این نوع سازه، پل Rhine در Waldshut است که در سال ۱۸۵۹ افتتاح شد. ارتقاء فولاد به عنوان یک ماده قابل استفاده برای ساخت پل و توسعه روش‌های محاسباتی جدید توسط مهندسان و ریاضی‌دانانی چون Karl Culmann ،August Ritter و Luigi Cremona صورت گرفت و این امر در نیمه دوم قرن نوزدهم در یک سری از پل‌ها به اوج خود رسید.

در تصویر زیر نمونه‌هایی از طراحی پل های خرپایی نمایش داده شده است:

• عملکرد

یک خرپا ساختاری است که از چندین میله تشکیل شده است که این میله‌ها در هر دو انتها به یکدیگر متصل شده‌اند. هر میله حداقل بخشی از یک صفحه مثلثی شکل را تشکیل می‌دهد. وقتی بارهایی به سازه‌ای به این شکل وارد می‌شود، هر یک از میله‌ها در تیرچه‌های خرپایی فقط در معرض نیروهای محوری قرار می‌گیرند. سازه خرپایی، سازه‌ای بسیار کارآمد و سبک است.

مصالح

برای طراحی پل خرپایی از مصالح گوناگونی استفاده می‌شود که در اینجا به تفصیل درمورد آن صحبت کرده‌ایم:

1. چوب

پل‌هایی با سازه خرپایی در ابتدا از جنس چوب ساخته می‌شدند زیرا تیرها و اتصالات چوبی به آسانی قابل ساخت بودند. برخی از نمونه‌های اولیه پل‌های خرپایی چوبی هنوز قابل استفاده هستند، مانند پل Chapel در Lucerne سوئیس که بیش از ۶۰۰ سال است که مورد استفاده قرار می‌گیرد. سازه‌های چوبی از نظر انتقال نیرو دچار ضعف هستند. این سازه‌ها به دلیل اتصالات نجاری نمی‌توانند نیروهای زیادی را منتقل کنند. به عبارتی دیگر عدم توانایی اتصالات چوبی در انتقال نیروهای کششی بدون داشتن لغزش، طول دهانه‌های پل‌های چوبی را محدود می‌کند. با ظهور مصالح جدید چون آهن و فولاد بود که امکان انتقال نیروهای بیشتر و ساخت دهانه‌های طولانی‌تر امکان‌پذیر شد.

2. فولاد

مزیت عمده این ماده نسبت به سایر مصالح، در امکان ساخت دهانه‌های بزرگتر و مقاومت در برابر فرسایش و خوردگی در برابر هوا، با استفاده از پوشش‌های مناسب است. در نتیجه می‌توان از آن برای ساخت پل‌های غیرمسقف استفاده کرد. عناصر سازنده‌ی خرپاها نیز می‌تواند از جنس فولاد نورد و یا مقاطع جوش‌داده شده کامپوزیت باشد.

3. بتن

مزیت استفاده از بتن به عنوان مصالح ساخت پل در این است که بتن به آسانی شکل‌پذیر است و می‌تواند با محدودیت‌های استاتیکی و مکانی سازگار شود. یکی از نمونه‌های جالب پل‌های خرپایی، پل Alfenz  در  Lorüns  اتریش است. طراحی ساده پل و ساختار متشکل از بتن مسلح آن، این پل را به یک عنصر شاخص در چشم‌انداز شهر تبدیل کرده است. استفاده از بتن موجب می‌شود که ساختار‌های مورب بی‌نظم که موقعیت اجزای آن‌ها با توجه به اصول بیونیک مشخص شده، طبیعی به نظر برسد.

طراحی پل‌های منحنی شکل (Curved Bridge)

پل‌های منحنی شکل ساختارهای نسبتا نوظهوری هستند. اولین پل‌های منحنی ‌شکل در نیمه اول قرن بیستم توسط مهندسیان مبتکری مانند رابرت میلارت سوئیسی با استفاده از ایده‌ی بتن آزادانه قالب‌پذیر طراحی شد. پس از جنگ جهانی دوم چندین پل منحنی با طول‌های کم ساخته شد، اما تنها در دهه‌های اخیر بود که مهندسان تلاش کردند تا از ساختار پل‌های معلق و قوسی شکل در دهنه‌های بزرگتر استفاده کنند. توسعه سریع پل‌های منحنی‌شکل عابر پیاده با ساخت یک پل معلق روی کانال Rhine-Main-Danube در Kelheim در سال 1988 آغاز شد. استفاده از نرم‌افزارها و روش‌های مصاحبه جدید، منجر به افزایش تمایل برای ساخت این نوع از پل‌ها، با توجه به پتانسیل‌های طراحی ساختاری و عملکردی آن‌ها شده است.

• عملکرد

در مقایسه با پل‌های مخصوص راه‌آهن و جاده‌ها، استفاده از فرم‌های آزاد با طرح‌های منحنی شکل و شعاع‌های کوچکتر برای پل‌های عابر پیاده امکان‌پذیر است. ساختار اصلی این پل‌ها به راحتی می‌تواند با مسیرها و فضای موجود تطبیق داده شده و منجر به شکل‌گیری طرح‌های متنوعی شود. گزینه‌های مختلفی برای طراحی پل‌ های منحنی‌شکل وجود دارد، زیرا نه تنها در این پل‌های می‌توان ساختار اصلی را منحنی‌شکل طراحی کرد، بلکه با حفظ شرایط تعادل، و با هزینه و تلاش مناسب می‌توان پل‌ها و قوس‌ها را کج کرد و کابل‌ها را در فضا زاویه‌دار نصب کرد.

یک مسیر قابل حرکت مناسب برای دوچرخه سواران و عابران پیاده اغلب به شکل پل معلقی است که در آن عرشه‌ها از یک طرف به صورت معلق نگه داشته شده‌اند بدین ترتیب امکان حرکت آزادانه در فضای زیر پل حفظ می‌شود. این امر به طور قابل توجهی بر طراحی، به ویژه نوع مقطع پل و همچنین شرایط مختلف آن تأثیرگذار است.

• تیرهای حلقه‌ای مدور

پل‌های منحنی شکل با ساختار تیر حلقه‌ای مدور که در آن‌ها سازه اصلی از یک سو آویزان شده و معلق است، بسیار جالب و کارآمد هستند. ساختار این پل‌ها به گونه‌ای است که در آن‌ها یک صفحه افقی منحنی‌شکل (در پلان) یا دال  می‌تواند تنها به وسیله‌ی ردیفی از عناصر پشتیبان یا اتصالات که در یک سوی آن قرار گرفته است به خوبی نگه داشته شود. بدین منظور یک تیر مستقیم، یک ساختار اصلی مستحکم منحنی شکل و یک محل انشعاب با تحمل بالای بار مورد نیاز است. اتصال این اجزا به یکدیگر مطابق با تصاویر است.

 پل‌های Passerelle La Défense ،Erzbahnschwinge ، پل عابر پیاده در Weiden، پل آزادی در Greenville کارولینای جنوبی آمریکا و پل منحنی شکل در شهر Deizisau نمونه‌هایی از پل‌های منحنی‌شکل هستند که در تصاویر نشان داده شده‌اند.

منبع

Keil, A. (2013). Pedestrian bridges: Ramps, walkways, structures. Walter de Gruyter.

پروژه های گروه معماری کارند

پل عابر پیاده سرخه حصار

چرا انتخاب کارند به نفع ما است!

این گروه توسط علی شریعتی و زهرا سربندی تأسیس شده و اعضای آن دارای مدرک فوق لیسانس معماری از دانشکده معماری دانشگاه شهید بهشتی هستند. فعالیت اصلی این گروه شامل طراحی پروژه های معماری با کاربریهای مختلف در مقیاسهای مختلف (کوچک و بزرگ) می‌شود.

یکی از ویژگی‌های برجسته این گروه، کسب جوایز متعدد داخلی و خارجی در زمینه معماری است، که نشان از توانایی و تخصص آنها در اجرای پروژه‌های برجسته دارد.

علاوه بر این، گروه معماری کارند دارای رویکردی معاصر و نوآورانه به معماری است. آنها به مطالعه و بررسی معماری گذشته ایران و تاکید بر معماری زمین مدار و مرتبط با مکان می‌پردازند تا به بیانی معاصر و منحصر به فرد در طراحی ویلا ها وسایر پروژه های خود دست یابند. این رویکرد نشان از تعهد آنها به حفظ و ارتقاء تاریخ و فرهنگ معماری ایرانی دارد.

بخش کوچکی از دست‌آوردهای کارند:

برگزیده فستیوال بین‌المللی معماری سال 2014

برگزیده فستیوال بین‌المللی معماری سال 2017

رتبه اول مسابقه ساختمان مدیریت منطقه آزاد چابهار سال 95

رتبه اول مسابقه طرح جامع مجموعه گردشگری علیصدر سال 96

رتبه سوم جایزه معمار سال 92

برگزیده جایزه آقاخان سال 2016

رتبه اول مسابقه مرکز اجتماعات شهر جدید صدرا سال 95

رتبه دوم مسابقه مسجد دانشگاه جیرفت 1397